DE3625430C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung austenitischer und ferritischer nichtrostender Walzstahl­ drähte.The invention relates to a method for heat treatment austenitic and ferritic stainless rolled steel wires.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Anwendung des Verfahrens auf austenitischen rostfreien Walzstahldraht für die Her­ stellung von Federn.The invention also relates to the application of the method on austenitic stainless steel wire for the manufacturer position of springs.

Ein solches Verfahren ist bekannt durch die japanische Patentanmeldung 56-166335. Beschrieben ist dort die Behandlung eines ferritischen rostfreien Walzstahldrahtes nach dem Walzen. Das Material wird gewalzt und wenigstens 5 Minuten lang bei 740-820°C gehalten. Es schließt sich eine Wasser­ kühlung an. Es wird ausgeführt, daß ein Halten von 8 bis 10 Minuten bzw. eine längere Zeitdauer unbedingt vermieden werden müssen. Zweck der Behandlung ist es, eine vollständige Bildung von Carbiden einschließlich des Chroms vom M₂₃C₆-Typ zu ermöglichen, um die dIffusion des Chroms gegen die ver­ armten Stellen zu ermöglichen und ein Ausscheiden der Carbide des M₇C₃-Typs zu verhindern, die sich um 600°C bilden, einer Temperatur, bei der die Diffusion des Chroms beginnt, unzu­ reichend schnell abzulaufen. Such a method is known from the Japanese Patent application 56-166335. The treatment is described there of a ferritic stainless rolled steel wire after Rollers. The material is rolled and at least 5 minutes held at 740-820 ° C for a long time. A water closes cooling. It is stated that a hold of 8 to 10 Minutes or longer periods absolutely avoided Need to become. The purpose of the treatment is to be complete Formation of carbides including chromium of the M₂₃C₆ type to allow the dIffusion of the chrome against the ver enable poor areas and excretion of carbides to prevent the M₇C₃ type, which form around 600 ° C, one The temperature at which the chromium begins to diffuse is not increased to run fast enough.  

Andererseits betrifft die DE-OS 28 24 393 einen austenitischen nichtrostenden Walzstahl­ draht, der fertiggewalzt und auf 700-750°C gekühlt und dann in sofort gesteuerter Kühlung in Luft und/oder Wasser ausge­ setzt wird, so daß ein Kornwachstum verhindert wird, welches die mechanische Festigkeit des Drahtes vermindern würde. Luftkühlung wird angewandt, wenn man wünscht, daß eine übermäßige Härtung des Drahtes vermieden wird.On the other hand, the DE-OS concerns 28 24 393 an austenitic stainless rolled steel wire that is finished rolled and cooled to 700-750 ° C and then in immediately controlled cooling in air and / or water is set so that grain growth is prevented, which would reduce the mechanical strength of the wire. Air cooling is used if you want one excessive hardening of the wire is avoided.

Die nicht geprüfte japanische Patentanmeldung 80-164036 betrifft austenitischen nicht rostenden Walzstahldraht. Die Fertigwalztemperatur sollte oberhalb 1000°C liegen. Anschließend wird das Material zwangsgekühlt bis unter 500°C, um Kornwachstum zu verhindern.Japanese Unexamined Patent Application 80-164036 relates to austenitic stainless steel wire. The Finishing roll temperature should be above 1000 ° C. The material is then forced-cooled to below 500 ° C to prevent grain growth.

Im praktischen üblichen Behandlungsverfahren nach dem Walzen wird rostfreier Stahldraht einer ungesteuerten Kühlung in Luft bis auf Zimmertemperatur ausgesetzt; dann wird auf hohe Temperatur erwärmt, 30-120 Minuten bei maximaler Ausgleichs­ temperatur gehalten und dann wird Wasser gekühlt. Hierbei ist die Beobachtung interessant, daß, während diese Behandlung ein Hochqualitätsprodukt sicherstellt, sie sehr langwierig ist und große Energiemengen verbraucht und darüber hinaus zu einem Produkt führt, dessen Qualität beachtlich höher ist als das, was tatsächlich für die nachfolgenden Behandlungen oder das gewünschte Endprodukt überhaupt notwendig ist. Die oben diskutierten vereinfachenden Maßnahmen berücksichtigen nur eine Anforderung an das Endprodukt, sie sind sämtlich unterschiedlich zueinander.In the practical treatment process after rolling stainless steel wire becomes an uncontrolled cooling in Exposed to air up to room temperature; then it gets high Temperature warmed, 30-120 minutes with maximum compensation temperature is maintained and then water is cooled. Here is the observation interesting that during this treatment a high quality product ensures it is very lengthy is and consumes large amounts of energy and moreover leads a product whose quality is considerably higher than what is actually for subsequent treatments or the desired end product is necessary at all. The above discussed simplifying measures only take into account a requirement on the end product, they are all different from each other.

Aus der vorstehenden sorgfältigen Betrachtung des Standes der Technik ergibt sich, daß die Endanforderungen recht unter­ schiedlich sind und unterschiedliche Temperaturbehandlungen und -zeiten erfordern. Da tatsächliche keine dieser Anlagen anlagemäßig die Möglichkeiten bietet, merkliche Änderungen in den Arbeitsparametern zuzulassen, ergibt sich ohne weiteres, daß bei der Notwendigkeit einer Diversifizierung der Wahlzstahl­ drahtherstellungsbedingungen Schwierigkeiten bei den bekannten Maßnahmen sich einstellen, wenn sämtliche Behandlungen mit ein und der gleichen Anlage durchgeführt werden. Auch ist es schwierig bzw. unmöglich, unterschiedliche Produkte herzu­ stellen, da nicht kontinuierliche übermäßige Einstellvorgänge bei den Prozeßbedingungen erforderlich werden.From the above careful consideration of the status of Technology shows that the end requirements are quite below are different and different temperature treatments and times require. Because actually none of these attachments offers the possibility of noticeable changes to allow in the working parameters,  that when there is a need to diversify the election steel Wire manufacturing conditions Difficulties with the known Take action when all treatments with one and the same system. It is too difficult or impossible to produce different products as there are not continuous excessive adjustments become necessary in the process conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Produktionsan­ forderungen mit metallurgischen Anforderungen in Einklang zu bringen, um die beste Qualität unterschiedlichster Produkte, wie dies austenitische und ferritische Stähle sind, bei maximaler Produktionskapazität zu erreichen. Solche Aufgaben stellen sich vor allen Dingen in Entwicklungsländern, aber auch in den Industrieländern, wo nahe beim Verbraucher auste­ nitische Stähle und auch ferritische Stähle mit dem gleichen kleinen Walzwerk hergestellt werden müssen. Der vorgegebene Temperaturbereich ist gering; aus anlagetechni­ schen Gründen kann die Fertigwalztemperatur nicht über 1000°C liegen, was besondere Begrenzungen für den Arbeitsbereich be­ deutet. Im allgemeinen ist hierbei ein einziger Durchlauf­ ofen in Reihe direkt hinter dem Walzwerk vorgesehen. Auch ist die Produktivität der gesamten Anlage eng mit der Walz­ geschwindigkeit in Zusammenhang gebracht.The invention is based, the production requirements in line with metallurgical requirements bring to the best quality of various products, how these are austenitic and ferritic steels to achieve maximum production capacity. Such tasks pose above all in developing countries, however also in the industrialized countries, where close to the consumer nitic steels and also ferritic steels with the same small rolling mill must be manufactured. The specified temperature range is low; from plant technology reasons, the finish rolling temperature cannot exceed 1000 ° C lie what be special limitations for the work area points. Generally there is a single pass here Furnace provided in line directly behind the rolling mill. Also the productivity of the entire system is closely related to the roller speed related.

Auch sol das Verfahren so weitergebildet werden, daß es einfach ist, jedoch bei geringen Einstellvorgängen in der Lage ist, Eigenschaften des Produkts hervorzurufen, die für die nachfolgenden Prozeßanforderungen geeignet sind.The process should also be developed so that it is simple, but capable of small adjustments is to create properties of the product that are appropriate for the subsequent process requirements are suitable.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß der Walzdraht mit einer Fertig­ walztemperatur (FRT) zwischen 850°C und 1050°C gewalzt, bei einer Temperatur zwischen FRT-50°C und FRT+100°c bis zu 30 Minuten gehalten und dann mit Wasser gekühlt wird. This is achieved with a method of the type mentioned at the beginning Kind of surprising in that the wire rod with a finish rolling temperature (FRT) between 850 ° C and 1050 ° C, at a temperature between FRT-50 ° C and FRT + 100 ° c up to Held for 30 minutes and then cooled with water.  

Die obengenannte Anwendung des Verfahrens auf austenitischen rostfreien Walzstahldraht für die Herstellung von Federn zeichnet sich dadurch aus, daß dieser Walzstahldraht bei einer Fertigwalztemperatur zwischen 1000° und 1050°C gewalzt und unmittelbar anschließend mit Wasser gekühlt wird.The above application of the process to austenitic stainless rolled steel wire for the production of springs is characterized in that this rolled steel wire at a Finished rolling temperature between 1000 ° and 1050 ° C rolled and is then immediately cooled with water.

Zusammengefaßt werden also präzise Temperatur- und Zeit­ bereiche für die Wärmebehandlung rostfreien Walzstahl­ drahtes angegeben sowie technische und metallurgische Anforderungen für weitere Behandlungen des Walzstahl­ drahtes. Dies führt zur Identifikation eines Behandlungs­ verfahrens, welches, trotz ziemlich breiter Temperatur­ grenzen, die austauschbare Behandlung - in einer einzigen Anlage - austenitischer und ferritischer rostfreier Walz­ stahldrähte ermöglicht und hierbei besonders das Erreichen von Charakteristiken sicherstellt, die in der anschließenden Benutzung besonders gewollt werden und die für Walzstahl­ draht besonders geeignet sind, während andererseits erheb­ liche Energieeinsparungen sich ergeben.So precise temperature and time are summarized areas for heat treatment of stainless rolled steel wire specified as well as technical and metallurgical Requirements for further treatments of the rolled steel wire. This leads to the identification of a treatment process, which despite a fairly broad temperature limit the interchangeable treatment - in one Plant - austenitic and ferritic stainless roll steel wires enables and especially the achievement of characteristics ensured in the subsequent Use especially wanted and for rolled steel wire are particularly suitable, while on the other hand, increase energy savings.

Die Grenzwerte des Bereichs, nämlich 850°C sind mehr für ferritische Stähle, 1050°C mehr für austenitische Stähle reserviert. Ein begrenzter Temperaturbereich um 950°C kann jedoch als geeignet für das Fertigwalzen sowohl von auste­ nitischen wie von ferritischen Stählen bei besonders guten Ergebnissen angesehen werden.The limits of the range, namely 850 ° C are more for ferritic steels, 1050 ° C more for austenitic steels reserved. A limited temperature range around 950 ° C can however as suitable for finish rolling both from auste nitical as well as ferritic steels with particularly good ones Results can be viewed.

Wichtig ist, daß die Fertigbehandlung in allen Fällen die gleiche, nämlich die Wasserkühlung ist. Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, daß mit ferritischen Stählen der Behandlungsprozeß derart ist, daß die Haltezeiten von früher 1 bis 2 Stunden auf zwischen 15 bis 30 Minuten vermindert werden konnten, nämlich den Bereich, der für austenitische Stähle sich als geignet erwies. It is important that the final treatment in all cases same thing, namely water cooling. Because it has surprisingly found that with ferritic steels Treatment process is such that the holding times from earlier Reduced 1 to 2 hours to between 15 to 30 minutes could be, namely the area dedicated to austenitic Steels proved to be suitable.  

Der Zeitraum, für den Walzstahldraht bei hohen Temperaturen zwischen Fertigwalzen und Wasserkühlung gehalten wird, ist nämlich ein extrem wichtiges Merkmal beim Verfahren. Bei den meisten ferritischen Stählen dient dieses Ausgleichen oder Durchwärmen im wesentlichen dazu, eine vollständige Abschei­ dung und Kugelbildung der Chromcarbide zu ermöglichen und eine Rediffusion des Chroms gegen die den Carbiden benach­ barten Zonen zuzulassen, wodurch die Korrosionsbeständig­ keitseigenschaften beibehalten werden, die sonst durch die lokale Verarmung an Chrom auf Grund von Ausfällung der Car­ bide beeinträchtigt werden. The period of time for the rolled steel wire at high temperatures is held between finish rolls and water cooling namely an extremely important feature in the process. Both Most ferritic steels use this balancing or Soak through essentially a complete shedding enable and formation of spheres of chromium carbides and a rediffusion of the chromium against the adj bearded zones to allow, making the corrosion resistant characteristics that would otherwise be retained by the local depletion of chrome due to precipitation of the car both are impaired.  

Darüber hinaus ist die Behandlung, insbesondere bei Stahl gemäß AISI-430 auch so getroffen, daß die Umwandlung des allgemein bei der Fertigwalztemperatur vorhandenen Austenits in Ferrit be­ günstigt wird, wodurch auf diese Weise die gewünschten mechanischen Eigenschaften sichergestellt werden.In addition, the treatment, especially at Steel according to AISI-430 also made so that the conversion of the generally existing austenites in ferrite at the finish rolling temperature is favored, thereby making the desired mechanical properties can be ensured.

Im Falle von austenitischen Stählen dient das Ausgleichen oder Durchwärmen im wesentlichen dazu, ein gewisses Korn­ wachstum zu ermöglichen, welches notwendig ist, um eine günstige Kaltverformbarkeit (für das schwere Ziehen, Bolzenherstellung etc.) sicherzustellen.In the case of austenitic steels, balancing is used or soaking essentially to a certain grain to enable growth which is necessary to achieve a favorable cold formability (for heavy drawing, Bolt production etc.).

Indem man die Haltezeit auf nicht mehr als 30 min begrenzt, lassen sich austenitische und ferritische Stähle in einem einzigen Durchlaufofen, der in einer Linie mit dem Walzwerk steht, behandeln.By limiting the hold time to no more than 30 minutes, austenitic and ferritic steels in one Continuous furnace, which is in line with the rolling mill, to treat.

Was bis jetzt nicht erwähnt wurde, war die minimale Behand­ lungszeit. Dies ist ganz bewußt geschehen. Für austenitische Stähle kann diese Zeit beachtlich geringer als 30 min sein und selbst so niedrig wie 2 bis 3 min sein, während noch das gewünschte Kornwachstum sichergestellt wird, wenn die Fertigwalztemperatur gegen das obere Ende des genannten Be­ reichs gehalten wird.What was not mentioned until now was the minimal treatment delivery time. This was done deliberately. For austenitic Steels can take considerably less than 30 minutes and even be as low as 2 to 3 min while still that desired grain growth is ensured when the Finishing rolling temperature towards the upper end of the Be is held.

Es ist auch möglich, daß das Kornwachstum austenitisch uner­ wünscht ist, beispielsweise bei austenitischem Stahl für Federn und/oder für nicht übermäßig gezogenen Draht. In diesem Fall beendigt man das gesteuerte Walzen zwischen 1000 und 1050°C; der Walzdraht wird wassergekühlt, bevor er sich um einen Betrag von 50 bis 100°C abgekühlt hat.It is also possible that the grain growth is austenitic is desired, for example for austenitic steel Springs and / or for wire not excessively drawn. In in this case, the controlled rolling is terminated between 1000 and 1050 ° C; the wire rod is water-cooled before it turns cooled by an amount of 50 to 100 ° C.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. The following examples illustrate the invention.  

Beispiel 1Example 1

Ein Walzstahldraht mit einem Durchmesser von 5,5 mm aus Stahl gemäß AISI-304 (C 0,055%, Cr 18,6%, Ni 8,8%) wurde mit einer Fertigwalztemperatur von 980°C warmgewalzt. Er wurde dann wie folgt behandelt:A rolled steel wire with a diameter of 5.5 mm Steel according to AISI-304 (C 0.055%, Cr 18.6%, Ni 8.8%) was used a hot rolling temperature of 980 ° C. He was then treated as follows:

• A) luftgekühlt,A) air-cooled,
• B) luftgekühlt; erwärmt auf 1080°C und 60 min gehalten; wassergekühlt,B) air cooled; heated to 1080 ° C and held for 60 min; water cooled,
• C) unmittelbar in den Ofen bei 1050°C eingesetzt und 30 min lang gehalten; wassergekühlt.C) placed directly in the oven at 1050 ° C and 30 min held long; water cooled.

Die Eigenschaften des erhaltenen Endprodukts sind in Tafel 1 angegeben.The properties of the final product obtained are shown in Table 1 specified.

Tafel 1 Plate 1

In dieser Tabelle und den folgenden ist mit R die Zugfestig­ keit, mit R _S die Streckgrenze, mit A die Dehnung und Z die Einschnürung beim Zugversuch bezeichnet. Die Kornmessung erfolgt nach ASTM-Nr.In this table and the following, R denotes the tensile strength, R _S the yield strength, A the elongation and Z the constriction during the tensile test. The grain measurement is carried out according to ASTM no.

Wie aus dem Versuch C nach der Erfindung hervorgeht, lassen sich Ergebnisse erreichen, die absolut mit denen üblicher Praxis (B) vergleichbar sind, jedoch mit beachtlicher Energieeinsparung. As can be seen from experiment C according to the invention, leave achieve results that are absolutely more common with those Practice (B) are comparable, but with considerable Energy saving.  

Die Korrosionsrate wurde nach ASTM A-262, Versuch C (Practice C) gemessen. Weniger als 0,6 mm/Jahr wird als gute Korrosionsfestigkeit angesehen.The corrosion rate was determined according to ASTM A-262, test C. (Practice C) measured. Less than 0.6 mm / year is considered good Corrosion resistance viewed.

Die Ziehbarkeit wurde durch Querschnittsverminderung während des Ziehens gemessen. Werte über 90% werden als ausgezeich­ net angesehen.The drawability was reduced by reducing the cross section during of pull measured. Values above 90% are considered excellent viewed net.

Beispiel 2Example 2

Ein Walzdraht mit 9,5 mm Durchmesser aus Stahl gemäß AISI-304 (C 0,040%, Cr 18,4%, Ni 10,3%) wurde bei einer Fertig­ walztemperatur von 1000°C warmgewalzt. Er wurde dann nach den Versuchen (Practices) A, B und C des Beispiels 1 behan­ delt. Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte ergaben sich wie folgt:A 9.5 mm diameter wire rod made of AISI-304 steel (C 0.040%, Cr 18.4%, Ni 10.3%) was finished Roll temperature of 1000 ° C hot rolled. He was then followed the experiments (Practices) A, B and C of Example 1 delt. The properties of the products obtained resulted as follows:

Tafel 2 Plate 2

Die Stauchung ist das Verhältnis der ursprünglichen Größe des Testkörpers (ho) zu der, die er­ reicht wird, wenn der erste Riß auftritt (hi).The compression is the ratio of the original size of the test specimen (ho) to that it will reach when the first crack occurs (hi) .

Beispiel 3Example 3

Ein Stahl gemäß AISI-316 (C 0,036%, Cr 16,9%, Ni 11,9%, Mo 2,37%) wurde auf 11 mm Durchmesser Walzstahldraht bei einer Fertigwalztemperatur von 1035°C warmgewalzt. Der Walzstahldraht wurde dann in der folgenden Weise behandelt:A steel according to AISI-316 (C 0.036%, Cr 16.9%, Ni 11.9%, Mo 2.37%) was added to 11 mm diameter rolled steel wire a hot rolling temperature of 1035 ° C. The Rolled steel wire was then treated in the following manner:

• D) wassergekühlt von Fertigwalztemperatur,D) water cooled from finish rolling temperature,
• E) wie nach B),E) as in B),
• F) in den Ofen bei 1050°C eingesetzt und 15 min lang gehalten; wassergekühlt.F) placed in the oven at 1050 ° C and for 15 min held; water cooled.

Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind in Tafel 3 dargestellt.The properties of the products obtained are shown in Table 3 shown.

Tafel 3 Table 3

Die Korrosionsrate wurde nach ASTM A-262, Practice D, gemessen. Eine Korrosionsrate von R1 wird als gut angesehen.The corrosion rate was measured according to ASTM A-262, Practice D. A corrosion rate of R 1 is considered good.

Beispiel 4Example 4

Ein ferritischer Stahl gemäß AISI-430 (C 0,025%, Cr 17,2%) wurde auf 6 mm Walzstahldraht warmgewalzt, bei einer Fertigwalz­ temperatur von 860°C und dann wie folgt behandelt:A ferritic steel according to AISI-430 (C 0.025%, Cr 17.2%) was hot rolled on 6 mm rolled steel wire for a finish roll temperature of 860 ° C and then treated as follows:

• G) luftgekühlt,G) air-cooled,
• H) luftgekühlt; im Ofen auf 800°C erwärmt und 120 min gehalten; wassergekühlt,H) air cooled; heated in the oven to 800 ° C and 120 min held; water cooled,
• I) in den Ofen bei 840°C eingesetzt und 30 min gehalten; wassergekühlt.I) placed in the oven at 840 ° C and held for 30 min; water cooled.

Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte wurden in Tafel 4 dargestellt. The properties of the products obtained were shown in Table 4 shown.  

Tafel 4 Table 4

In diesem Fall wurde die Korrosionsrate nach ASTM 763, Practice X gemessen; hierfür wurde eine Rate von weniger als 10 mm/Jahr als brauchbar angesehen.In this case the corrosion rate according to ASTM 763, Practice X measured; for this, a rate of less than 10 mm / year considered useful.

Ersichtlich sichert die Erfindung Ergebnisse, die absolut vergleichbar mit solchen sind, die nach üblichen Behand­ lungsmethoden erhältlich sind, jedoch bei erheblich niedri­ gerem Energieverbrauch.Obviously, the invention ensures results that are absolute are comparable to those made according to the usual treatment methods are available, but at significantly lower levels lower energy consumption.

Claims (2)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung austenitischer und ferritischer nichtrostender Walzstahldrähte, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzdraht mit einer Fertigwalztemperatur (FRT) zwischen 850°C und 1050°C gewalzt, bei einer Tempe­ ratur zwischen FRT-50°C und FRT+100°C bis zu 30 Minuten gehalten und dann mit Wasser gekühlt wird.1. Process for the heat treatment of austenitic and ferritic stainless rolled steel wires, characterized in that the wire rod is rolled with a finish-rolling temperature (FRT) between 850 ° C and 1050 ° C, at a temperature between FRT-50 ° C and FRT + 100 ° C to held for 30 minutes and then cooled with water. 2. Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 auf austenitischen rostfreien Walzstahldraht für die Herstellung von Federn, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Walzstahldraht bei einer Fertigwalztemperatur zwischen 1000° und 1050°C gewalzt und unmittelbar anschließend mit Wasser gekühlt wird.2. Application of the method according to claim 1 to austenitic stainless rolled steel wire for the production of springs, characterized in that this rolled steel wire at a finish rolling temperature between 1000 ° and 1050 ° C rolled and immediately cooled with water becomes.